DE102010047678A1

DE102010047678A1 - Verfahren und Vorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden von Anschluss-Kontakten

Info

Publication number: DE102010047678A1
Application number: DE102010047678A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Niemeier Jörg
Original assignee: ATN AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NIEMEIER GmbH
Current assignee: ATN AUTOMATISIERUNGSTECHNIK NIEMEIER GmbH
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2012-04-12

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Kontaktierung eines Solarmoduls (11), bei dem während des Lötens eine Relativbewegung zwischen den Fügepartnern (12, 32) entsteht und diese mit einem Sensor detektiert wird.

Description

Das Verlöten der Anschluss-Dose, auch junction box oder j-box genannt ist, ein qualitätsrelevanter Fertigungsprozess bei der Herstellung von Solarmodulen. Die Anschlussdose stellt die Verbindung der elektrischen Verschaltung der Solarzellen mit den Anschuss-Steckern her. Daher müssen die Kontakte für hohe Ströme ausgelegt werden. Eine fehlerhafte Verbindung senkt die Leistung des Moduls und kann sogar zur Beschädigung der Moduls, der gesamten Anlage oder zum Brand führen.
Oft sind in der Anschlussdose Bypass-Dioden angeordnet, die bei Verschaltung oder Beschädigung einzelner Solarzellen oder Bereiche die betreffenden Bereiche überbrücken, und somit den Leistungsverlust des Gesamtmoduls so weit möglich kompensieren.
Meist stehen Kontakte aus dem Solarmodul hervor, die an die Kontakte der Anschluss-Dose gelegt werden. Diese werden mit entsprechenden Klemmen einer Anschlussdose kontaktiert ( DE102007006433A1 ).
Die stoffschlüssige Verbindung wird über Löten oder Schweißen hergestellt ( DE102008022297A1 ). Die Automatisierung dieses Prozesses ist schwierig, weil die Form der gebogenen Anschluss-Kontakte nicht reproduzierbar ist. Daher wurden Anschluss-Dosen entwickelt, bei denen abgewinkelte Kontakte auf die Kontakte des Solarmoduls gedrückt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die für das Löten erforderliche Lotmenge bereits auf dem Anschlusskontakt aufgetragen ist ( DE202009007524U1 ). Die reproduzierbare Geometrie ermöglicht eine Automatisierung des Lötprozesses und damit eine gleichbleibende Qualität.
Dieser Erfindung liegt das Problem zu Grunde, dass bisherige Methoden zur Lötung der Kontakte keinen Rückschluss auf die Qualität der Lötverbindung zulassen.
Das Problem wir dadurch gelöst, dass zwischen den zu verlötenden Kontakten ein Lotformteil angeordnet wird und das Aufschmelzen dieses Lotformteils durch Messung des Setzweges detektiert wird.
Die Figurenfolge 1a bis 1d zeigt eine Ausprägung dieser Erfindung.
1a zeigt eine typische Anordnung vor dem Lötprozess. Der Kontakt (32) der Anschlussdose (31) mit einem Lotformteil (21) versehen. Er liegt auf dem Kontakt (12) des Solarmoduls (11) auf, so dass sich das Lotformteil (21) zwischen den beiden zu verlötenden Kontakten (12, 32) befindet.
1b zeigt diese Anordnung zu Beginn des Lötprozesses. Für den Lötvorgang setzt das Lötwerkzeug (41) auf dem oberen Kontakt (32) auf. Ein Ausgleichselement (42) ermöglicht eine Relativbewegung in Fügerichtung. Zu Beginn der Verlötung wird die Auslenkung dieser Relativbewegung gemessen. Das Lötwerkzeug erwärmt die beiden Kontakte (12, 32) und das dazwischen liegende Lotformteil (21).
1c zeigt diese Anordnung während des Lötprozesses. Das Lotformteil (21a) schmilzt auf und verliert die Form. Daher werden die beiden zu verlötenden Kontakte (12, 32) unter dem Druck des Lötwerkzeuges (41) zusammen gedrückt. Das Lötwerkzeug (41) bewegt sich in Fügerichtung. Diese Relativbewegung wird gemessen und dient als Indiz dafür, dass das Lotformteil (21a) aufgeschmolzen ist. Die Energiezufuhr des Lötwerkzeuges (41) wird verringert oder unterbrochen, so dass die Lötstelle (12, 21, 32) abkühlt.
1d zeigt diese Anordnung nach dem Lötprozess. Wenn das Lot (21a) erstarrt ist, wird das Lötwerkzeug angehoben und kann über der nächsten Lötstelle positioniert werden.
Anstelle des zusätzlichen Lotformteils können die Anschluss-Kontakte mit Lot beschichtet werden.
In einer weiteren Ausprägung der Erfindung wird der Setzweg durch Formänderung des Anschlusskontaktes erzeugt. Der Anschlusskontakt ist gewölbt. Sobald das Lotformteil aufschmilzt, gibt der Anschluss-Kontakt nach, die Wölbung verringert sich und der Anschlusskontakt sinkt in die endgültige Position ab.
Die für die Setzbewegung erforderliche Wärme kann durch unterschiedliche Lötwerkzeuge erfolgen. 1b zeigt ein Lötwerkzeug (41) mit Andruckstempel und Induktionsspule. Das Lötwerkzeug (41) wird auf der Lötstelle aufgesetzt und erwärmt die Lötstelle. Der Setzweg wird durch einen Längenmesssensor im Z-Hub (42) gemessen.
Sind die geometrischen Bedingungen exakt definiert, ist die Detektion des Setzweges auch mit einen binären Sensor möglich.
Dabei kann die Erwärmung auch durch andere Wärmequellen erfolgen. Zum Beispiel mit einem Lötkolben. Bei der Verwendung berührungsloser Energieübertragung (Laser, Licht, Flamme, Induktion) kann die Messung des Setzweges per Taster oder mittels optischen Sensor erfolgen. In diesem Fall sollten die Anschlusskontakte so gestaltet werden, dass sie mit Vorspannung auf die Kontakte des Solarmodules aufdrücken.
In einer besonders vorteilhaften Ausprägung der Erfindung wird während der Lötung die Temperatur an der Lötstelle (z. B. mit einem Pyrometer) gemessen. Durch gleichzeitige Auswertung von Weg- und Temperaturverlauf, kann nicht nur erkannt werden, ob das Lot aufgeschmolzen ist, sondern auch wie es aufgeschmolzen ist, so dass die Lötstellenqualität besser beurteilt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007006433 A1 [0003]
DE 102008022297 A1 [0004]
DE 202009007524 U1 [0004]

Claims

Verfahren zur Kontaktierung eines Solarmoduls (11), bei dem eine entstehende Relativbewegung zwischen den Fügepartnern (12, 32) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung durch Aufschmelzen eines Lotformteils (21) oder einer Lotbeschichtung an mindestes einem der Kontakte (12, 32) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung durch temperaturbedingte Formänderung eines oder beider Anschluss-Kontakte (12, 32) entsteht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem Setzweg und Temperaturverlauf ausgewertet werden.
Vorrichtung zur Kontaktierung eines Solarmoduls (11), bei dem die Lötstelle (12, 21, 32) mit einer Wärmequelle (41) erwärmt wird und der beim Aufschmelzen festen Lotes (21) entstehende Setzweg (Relativbewegung zwischen den Fügepartnern) mit einem Sensor detektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (41) eine Induktionsspule verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Temperaturverlauf in der Lötstelle gemessen wird.